2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Metal-Organic Frameworks (MOFs) with Quantum Spin Liquid (QSL) States.
| Project/Area Number |
21K14600
|
|---|
| Research Institution | Kumamoto University |
|---|
Principal Investigator |
張 中岳 熊本大学, 国際先端科学技術研究機構, 准教授 (00755704)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | Metal-Organic Framework / quantum spin liquids / Kitaev spin liquids |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
Kitaevスピン液体は、アレクス・キタエフによって提案され、ハニカム格子上で観測される可能性がある特殊な物質である。このハニカム格子の各ノードはS=1/2のスピンからなり、彼らのスピン間相互作用のハミルトニアンは厳密に対角的である。二次量子化により、マヨラナアニオンが導入され、これがこのスピン系の解を求めることができる基底状態に導く。 この基底状態はスピン液体状態であり、一方で、外部の磁場がかかると移動するマヨラナアニオンや局在したZ2フラックスが現れることが期待されている。私たちは、2D MOFであるLn2(ox)3(H2O)6.4H2O（Ln = Ce, Nd, SmなどのKramersイオン）の磁気特性に焦点を当てています。Ce2(ox)3(H2O)6.4H2Oの単結晶を2Kから300Kの範囲で行ったMPMS測定では、40Kの等価なネール温度が示唆されましたが、磁気秩序の兆候は観測されなかった。その後、このCe-MOFに対して超低温磁化率測定と熱容量測定を行った。Ce-MOFは、30mKの温度まで鋭い磁気相転移の兆候を示さないことが確認された。一方で、この化合物に対してはほとんど周波数依存が観測されなかったため、これもまた超低温でこの化合物の常磁性的な性質を示唆している。40mKまで熱容量測定も行いましたが、鋭い変化やピークは観測されず、相転移の兆候がないことを示している。興味深いことに、超低温（50mK-200mK）では、C ∝ T1.5のスケーリング挙動が観測された。研究では、適切な構造的トポロジーを採用することにより、ハニカム構造を持つランタン系MOFからは、Kitaevスピン液体などの異常な磁気相を発見する可能性があり、固体材料と異なり、スピン液体相は層間相互作用によって破壊されるわけではなかった。
|
